1 PFE - Etudes statiques et sismiques du Lot 4 du QAI (Strasbourg) – Laura GAY | Juin 2017

ÉTUDES STATIQUES ET SISMIQUES DU LOT 4

DU NOUVEAU QUARTIER D’AFFAIRES

INTERNATIONAL À STRASBOURG

Auteur : Laura GAY, Elève ingénieur 5ème année, spécialité Génie Civil

Entreprise d’accueil : INGEROP Strasbourg

Tuteur entreprise : M. Eric HECKMANN, Chef de service Structure Bâtiment chez Ingérop

Tuteur INSA : Mme Saïda MOUHOUBI, Maitre de conférences à l’INSA de Strasbourg

1. Présentation du Lot 4 du projet QAI à Strasbourg

Le projet s’inscrit dans la création du futur quartier d’affaires international (QAI) du Wacken à

Strasbourg. Le programme de réhabilitation de ce quartier se compose de plusieurs lots, les deux

premiers lots étant actuellement en cours de construction. Le bureau d’études Ingérop est

chargé de l’étude et du dimensionnement du Lot 4 situé Boulevard de Dresde au Wacken

(Strasbourg).

Figure 1 : Plan masse du projet du QAI à Strasbourg

Ce complexe immobilier comprend :

• Une enceinte relativement étanche constituée de parois moulées et d’un radier pour accueillir les deux niveaux de parking en sous-sol sur la totalité de l’emprise ;

• Un rez-de-chaussée formant un socle sur la totalité de l’emprise et accueillant des locaux commerciaux et des locaux de service ;

• Deux ensembles de logements du niveau R+1 aux niveaux R+6 et R+16 ayant respectivement un plancher bas au niveau R+6 à +19.68 et +47.70 au niveau R+16 ;

• Un immeuble de bureaux du niveau R+1 au niveau R+8 avec mezzanine, le niveau R+8 ayant un plancher bas au niveau +28.00.

Le socle commun constitue en plan un rectangle de 43 m par 51 m environ.

Lot 4

BD DE DRESDE

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Figure 2 : Vue architecte du Lot 4, façade nord des bureaux Figure 3 : Vue architecte du Lot 4, façade sud des logements

Les études ont été effectuées dans un premier temps pour chaque bâtiment à partir du niveau

rez-de-chaussée. Une fois les bâtiments prédimensionnés, le calcul s’est porté sur le socle commun

qui comprend le rez-de-chaussée et les sous-sols et sur le dimensionnement des fondations. La

modélisation de l’ensemble de la structure du Lot 4 réalisée pourra être entièrement exploitée

lorsque le rapport de sol fournira les interactions sol-structure avec les raideurs à considérer.

2. Etudes du bâtiment de bureaux R+9

La structure porteuse est une structure poteaux-poutres en béton armé. Les charges sont également reprises par les voiles du noyau de la cage d’escalier et des ascenseurs. Les éléments de façades sont non-porteurs.

Etudes statiques

Les sections des poutres et les épaisseurs de dalles ont été dimensionnées en statique. Le projet

comporte des dalles en console équilibrées avec la continuité des travées et dont l’épaisseur est

augmentée localement afin d’apporter d’avantage d’inertie et de satisfaire les conditions de flèche.

Les largeurs des poutres ont été uniformisées sur une même file afin de faciliter le coffrage et la mise

en œuvre sur chantier. Les poteaux ne participant pas au contreventement ont été dimensionnés

selon la norme NF EN 1992 avec le ferraillage minimum requis en respectant un pourcentage total

d’armatures longitudinales inférieur à 1% afin de faciliter la mise en œuvre du ferraillage, les poteaux

étant coulés en place. Cette disposition ne concerne pas les poteaux primaires de contreventement

dont le pourcentage total d’armatures longitudinales doit être supérieur à 1% conformément à la

norme NF EN 1998. L’ensemble des éléments ont été vérifiés en conditions d’incendie, la structure

devant être SF 2h.

Etudes sismiques

Le contreventement de la structure est assuré par les voiles du noyau central et les voiles sur

deux files excentrées possédant de nombreuses ouvertures. L’étude sous chargement sismique du

bâtiment a été réalisée dans un premier temps avec la méthode forfaitaire fournie par l’Eurocode 8

puis avec un modèle 3D sur le logiciel de calcul Robot Structural Analysis. Afin de tenir compte dans

les calculs avec la méthode forfaitaire des ouvertures dans les voiles, une inertie équivalente de ces

voiles ajourés a été déterminée.

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Le modèle Robot est simplifié et ne tient compte que de la structure « bâtiment de bureaux » à

partir du rez-de-chaussée. La comparaison des résultats obtenus en situation de séisme avec la

méthode forfaitaire et avec l’analyse par éléments finis a montré des efforts avec la méthode

forfaitaire plus élevés à la base de la structure et dans les voiles. Les écarts observés peuvent avoir

plusieurs origines parmi lesquelles les périodes des modes principaux qui sont plus faibles avec la

méthode forfaitaire et donc plus rapprochées du palier du spectre de calcul.

Les efforts dans les voiles sous chargement sismique sont obtenus avec les « résultats réduits sur

panneaux ». Chaque plan de coupe défini permet d’obtenir les efforts normaux et tranchants ainsi

que les moments intégrés au droit de la coupe. A partir de ces résultats, les chainages verticaux dans

les meneaux et les chainages horizontaux dans les linteaux peuvent être dimensionnés. Deux axes de

calculs ont été menés : la détermination de la section des armatures de chainage sous flexion

composée et la vérification de la section au cisaillement.

3. Etudes des bâtiments de logements R+6 et R+16

La structure se compose de voiles, poteaux, poutres et dalles en béton armé.

Etudes statiques

Dans la « tour » de logements R+16, les décrochés de façades aux étages sont repris par les voiles en console avec un fonctionnement en bielles-tirants. La structure est irrégulière en élévation.

La volonté de l’architecte est d’avoir des façades possédant des ouvertures décalées. Cependant, leurs positionnements doivent tout de même permettre un cheminement des efforts jusqu’aux fondations et la mise en place du chainage. Dans cet objectif, de nombreux ajustements ont été réalisés avec l’architecte. Les façades fonctionnent en poutres-échelles, en poutres voiles et avec des voiles en console.

Avant la modélisation et l’étude du modèle complet sur Robot, il a été nécessaire d’analyser

le comportement de chaque élévation de voile avec une modélisation 2D afin d’apprécier le

cheminement des efforts et comprendre le principe de fonctionnement en statique du projet. En

effet, le bâtiment est complexe et la structure est irrégulière, la distribution des efforts selon les

raideurs des différents éléments sur le logiciel Robot est moins maitrisée sur un modèle 3D.

Etudes sismiques

Le modèle RSA est simplifié et tient compte des bâtiments de logements à partir du rez-de-

chaussée. Il n’y a pas de torsion dans les premiers modes, ce sont des modes de flexion. Le modèle

Robot a permis de valider les façades avec un bon comportement du bâtiment au séisme et des

efforts admissibles dans la structure.

Dans un premier calcul, le modèle comportait des rotules élastiques avec des raideurs

similaires. Cependant, l’ensemble est fondé sur un radier commun, par conséquent, le tassement de

la structure sera sensiblement le même pour des appuis proches. Les raideurs des appuis des

poteaux ont donc été ajustées afin d’obtenir les mêmes déplacements avec les voiles voisins et des

charges non surestimées sur les poteaux.

Afin de pouvoir exploiter rapidement les efforts dans les linteaux fournis par le modèle Robot

et obtenir les ratios d’armatures à transmettre en phase PRO, il était intéressant de développer un

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outil Excel pour calculer le ferraillage des poutres à partir de l’exportation des données Robot. Dans

cet objectif, j’ai développé une feuille de calculs en flexion composée et en effort tranchant

permettant d’obtenir le ferraillage des poutres. Cette feuille intègre les poutres comme des éléments

primaires de contreventement en tenant compte des dispositions de la norme NF EN 1998.

4. Etudes du socle commun et des fondations

Etudes du socle commun

Le socle commun comprend le rez-de-chaussée qui accueille des commerces et des locaux de

service ainsi que les R-1 et R-2 qui constituent des parkings.

La dalle haute du R-1 possède de nombreux décaissées en raison notamment de l’emprise des

sous-sols qui est plus importante que le rez-de-chaussée. La structure des niveaux inférieurs a donc

été adaptée avec des systèmes de poutres. Les solutions entreprises doivent respecter les

contraintes liées aux places de parking pour les porteurs verticaux et les hauteurs de poutres doivent

rester dans des hauteurs acceptables pour le bon fonctionnement des sous-sols.

Les poteaux au rez-de-chaussée qui ne se situent pas sur les quais sont exposés à un choc de

véhicule routier et ont donc été dimensionnés en situation accidentelle avec une force statique

équivalente au choc d’un véhicule.

Etudes des fondations

Les niveaux de sous-sols, et par conséquent les travaux de terrassement, se situent sous le

niveau de la nappe. Le système de fondations est donc constitué d’une enceinte relativement

étanche composée de parois moulées et d’un radier. Un bouchon est également réalisé afin de

garantir une étanchéité provisoire et un débit de pompage limité durant la phase chantier.

Dans l’attente du rapport géotechnique, une première estimation des parois moulées a été

réalisée avec la méthode d’équilibre limite (MEL) en phase la plus défavorable. Cette approche a

permis de déterminer l’effort dans le tirant ainsi que la fiche avec la stabilité par rapport aux

moments. Néanmoins, les longueurs des fiches seront à ajuster selon les descentes de charges du

bâtiment et les prescriptions du rapport de sol.

L’épaisseur du radier a été estimée dans un premier temps en vérifiant le poinçonnement sous le

poteau avec la descente de charges la plus importante. Par ailleurs, des pieux seront à entreprendre

sous la partie intermédiaire entre bureaux et logements car le poids du simple rez-de-chaussée et

des sous-sols ne sera pas suffisant pour équilibrer la poussée d’Archimède.

Conclusion

Le dimensionnement des différents éléments porteurs a été réalisé avec les études statiques et

sismiques de chaque bâtiment. La mise en évidence du bon comportement des structures au séisme

avec des modes prépondérants de flexion et des efforts admissibles dans la structure a permis la

validation de la conception. L’intégration des raideurs fournies par le rapport géotechnique au

modèle RSA de l’ensemble du Lot 4 permettra de valider et d’affiner l’ensemble des études réalisées

notamment en sismique pour les rendus en phase PRO.